【正文】 用程序具體實現 PC 機和單片機從機之間的通信時。每個測量數據用兩個字節(jié)表示 [22]，高位字節(jié)數據占用偶地址，低位字節(jié)數據占用奇地址，每次向存儲器寫入一個測量數據，存儲器地址指針加 2 個字節(jié)。 LCD 液晶顯示要實現量儀的人機對話，采用菜單結構將鍵盤輸入、顯示輸出、功能實現三部分結合在一起，使每個按鍵在不同的狀態(tài)下有不同的含義，采用少量鍵盤，實現多重功能 [18,19]。 人機對話模塊本儀器的鍵盤功能包括上下公差限的設定、儀器地址設置、顯示分辨率選擇、傳感器通道測量方式選擇、光柱顯示模式設定。本課題實現的儀器功能比較多，如果采用單個文件來實現軟件，將導致程序的可讀性變差，而且對軟件的修改和功能的加減也不容易實現。準確性對整個系統(tǒng)具有重要意義。這樣不但使得設計目標明確、思路清晰，而且在檢錯、調試時也很方便。若在實際使用中，不須將 8 個通道 ADC 都用上，將 P1 口用作數字輸入時，在檢測是否有輸入信號之前，須將 0 寫至對應端口，然后再判斷。經試驗證明，在PSEN 引腳損傷不嚴重時，可通過把 PSEN 直接對地短路將其拉至低電平；但若損傷嚴重，則即使直接接地，器件仍然不能工作。其電路原理如圖 325 所示。 40 (3) 模擬輸入與其他 ADC 芯片相比，ADμC812 的 ADC 模塊有一個缺點，就是 ADC正常工作的模擬輸入范圍為 0～V REF；而允許輸入的電壓范圍只能為正電壓(0～+5V) ，一旦輸入負的模擬電壓，則會影響 ADμC812 正常工作，若長時間輸入負電壓，將有可能損壞芯片。由于ADμC812 的調試器是在用戶系統(tǒng)復位時檢測 PSEN 引腳狀態(tài)的，在系統(tǒng)復位時 PSEN 引腳拉低是在線調試和下載功能實現的另一關鍵所在。 FPGA 與光柱的接口電路設計 38 由于 LED 顯示管的數量比較多，整個顯示電路功耗比較大，如果采用FPGA 直接驅動，FPGA 將由于功耗過大而出現的工作不穩(wěn)定或燒毀的現象，因此 FPGA 與光柱顯示器的接口需要額外的功率驅動電路，如圖 322 所示。其顯示原理與動態(tài)掃描多位 LEDLCD 類似。R1R10 為紅色 LED 組的共陽極掃描端，G1G10 為綠色 LED 組的共陽極掃描端，兩者都是高電平有效。在數字電路中采用專用驅動芯片實現三色光柱顯示器的驅動是比較困難的。由于 RS485 總線以上的特點，所以 RS485 總線通訊距離遠，傳輸速率高，其性能優(yōu)于其它 RS232 或 RS422串口總線。我們采用標準的工業(yè)串行接口進行通訊，如 RS232C、 RS422A、RS485 等。FM24C256 的寫操作有兩種模式： Byte Write(單字節(jié))、Page Write(多字節(jié))；讀操作有三種模式：Current Address Read(單字節(jié) )、Random Read(單字節(jié))、Sequential Read(多字節(jié))。與 AT24C256 相比較 FM24C256 包含了 RAM 技術優(yōu)點，同時擁有 ROM 技術的非易失性特點。I2C 總線是一種用于 IC 器件之間連接的二線制半雙工總線，接口線包括：串行數據線 SDA，串行時鐘線 SCL，利用兩根線實現總線上的器件之間的信息傳送，可連接多種功能器件。 單片機內部存儲器ADμC812 內部數據存儲器的低 128 字節(jié)映象與 MCS51 相同，內部數據存儲器的高 128 字節(jié)映象為特殊功能寄存器區(qū)，給 CPU 和所有片內外圍結構提供接口。2. 消抖動，當按鍵開關的觸點閉合或者斷開到其穩(wěn)定，會產生一個短暫的抖動和彈跳?？赏瓿蓤D形顯示,也可以顯示 2 個(1616 點陣) CPU 29 接口采用并行或串行方式控制。ADμC812 外圍配置電路及管腳資源使用分配如圖 311 所示。2. 存儲器系統(tǒng)： 8KB 片內閃速 /電擦除程序存儲器；640B 片內閃速/電擦除數據存儲器；片內充電泵(不需要外部提供擦除/ 寫入電壓 VPP)；16MB 外部數據地址空間；64KB 外部程序空間。由于 電容是 2pF 的 4096 倍以上。但這樣相應的犧牲了系統(tǒng)的靈活性，外部的輸入信號必須為單極性正電源輸入，范圍在 0VREF 之間，AD 轉換輸出數據才是有意義的，而基準源電壓范圍為 ，可見輸入信號的范圍較小。212。187。249。178。178。在項目開發(fā)的初期，必須做出單片機的最初選擇。該電路的信號輸出幅值表示測量位移量的大小，信號的輸出的正負，則實現了傳感器銜鐵位移大小和方向的判斷?？勺C明，在前級 A1和 A2 參數匹配，即它們外部電路參數相同且其電氣特性也相同的情況下，兩個輸入端的失調所導致的輸出是互相抵消的。將此點壓信號送入微處理器，經過微處理器處理后送顯示器，并與用戶的預先設定的值進行比較，超限報警，并對數據進行濾波、存儲、顯示，使之能與計算機進行通訊。6．硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。因此，提高整個儀器的測量精度的關鍵是提高傳感器的測量精度 [7]。 13 圖 22 螺管型差動傳感器由圖可知，線圈中放入圓柱形銜鐵，也是一個可變自感。互感式傳感器的類型與自感式傳感器的極為相似。 電感式傳感器的分類首先電感傳感器可分為自感式和互感式兩種。而有些傳感器，轉換元件不止一個，要經過若干次轉換。 傳感器一般由敏感元件、傳感元件、基本轉換電路三部分組成 [5]，組成框圖如圖 21 所示：圖 21 傳感器組成框圖敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。并能通過計算機對測量結果進行操作和實時顯示。隨著時代的進步，國內的工業(yè)生產大量應用電子柱測微儀的趨勢已經形成，這必將硬氣量儀專業(yè)廠為了趕上國外先進水平，替代進口量儀的國產化而加速工作。由于電子工業(yè)不斷地發(fā)展，電子柱測微儀價格下降，目前在美國購買一臺普通型電感式電子柱測微儀的售價為 500 至 600 美元，與浮標式氣動量儀的價格相差無幾，這也是電子柱測微儀在國外能迅速得到推廣的一個重要原因。電感量儀的寬度一般為 250 毫米，如果需要多臺合在一起時，將超出檢驗人員的視野。幾年前，在檢測領域一直保持著“三代同堂”的局面。但是目前國內的電子柱量儀存在數字化程度低、無超差報警、儀器功能擴展性差等不足，不能實現快速測量，越來越不能滿足現代工業(yè)生產、制造及檢測要求。 Menu structure。為實現這些參數的高效、高精度的測量，針對目前的測量方式存在的這些問題，本課題結合傳感器、檢測、通訊和微型計算機等技術，采用模塊化、通用化和標準化的設計思想，研究開發(fā)了三色電子柱量儀。電子柱量儀是一種用長度尺寸的相對法精密測量的測量儀器，特別對圓度、平行度、垂直度等微小變動量的測量極為有用。為了在競爭中取勝，就要不斷提高質量，不斷改進和推出下一代量儀。美國?？瘯?3825827 中為“浮標效果” 。美國 Vernon 公司，西德 Feinpruf 公司和意大利 Marposs 公司等先后應用了 PDP 顯示板，研制成電子柱電感式測微儀。近年對 LED 光柱顯示(又稱為 LED 條形顯示)開發(fā)和應用也開展了不少的研究，LED 光柱顯示是一種可以集指針顯示和數字顯示兩者優(yōu)點與一身的顯示技術。 9 2. 通過設定不同的報警/預警公差帶的上下限，并搭配不同的自感式差動傳感器及其信號處理模塊可實現不同尺寸的測量。此定義具有以下幾方面的含義：部分，能完成部分監(jiān)測任務；，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；，這種量要便于轉換、處理等等，這種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電物理量；有對應關系，且應有一定的精確程度。傳感器只完成被測參數至電量的基本轉換，然后輸入到測控電路，進行放大、運算、處理等進一步轉換，以獲得被測值或進行過程控制。電感式傳感器具有以下優(yōu)點：結構簡單可靠、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強、對工作環(huán)境要求不高、分辨力較高（如在測量長度時一般可達） 、示值誤差一般為示值范圍的 %%、穩(wěn)定性好。此外，螺管型還具有自由行程可任意安排、制造方便等優(yōu)點，在批量生產中的互換性較好，這給測量儀器的調試、使用帶來很大的方便，尤其在使用多個測微儀組合來測量物體形狀的時候。差動式傳感器與單線圈式傳感器相比，具有以下優(yōu)點：；度提高一倍，即銜鐵位移相同時，輸出信號大一倍；、電源波動、外間干擾、電磁吸力對傳感器精度影響，能相互抵消而減少。但實際上，由于磁場強度分布的不均勻性，輸入量和輸出量之間的關系是 15 非線性的。3．盡量選用功能強、集成度高的芯片，提高系統(tǒng)可靠性。當磁芯處于兩線圈的中間位置時，兩線圈的電感量相等，電橋平衡。電路中電源電壓的大小和穩(wěn)定性直接影響著傳感器的靈敏度和精度。其原理為：三極管工作于開關狀態(tài)，振蕩信號 Vosc 經過比較器產生同相的方波信號 V2，當 V2 為高電平時，三極管飽和導通，A 2 同相輸入端接地，U 0 加到 A2 的反相輸入端，放大器 A2 的放大倍數為―1，輸出信號 UI=―U 0，在 V2 為低電平時，三極管截止，U 0 同時加到放大器的同相和反相輸入端，放大器 A2 的放大倍數為 +1，輸出信號 UI= U0。 22 圖36 低通濾波器電路 數據采集模塊一個測量系統(tǒng)的數據采集和控制電路關鍵是微處理器以及 A/D 轉換器的選擇，以硬件電路設計簡單、電路成本低、有益于軟件設計為設計的總體原則。226。180。ADC0ADC7114AINMUX178。12206。188。198。由于 A/D 轉換器存在直流漏電流，如果電路信號源阻抗太大，就會產生明顯誤差，由數據手冊可知 ADμC812 模擬輸入最大有 10μA 的漏電流，即，源阻抗為 61Ω， 為基準源時，誤差電壓有：10IA???10610UIRAV????????可知該誤差剛好對應 A/D 的 1LSB 誤差，輸入運算放大器的接入有利于降低輸入信號的輸入阻抗，從而降低測量誤差。ADμC812的 MCU 內核和模數轉換器二者均有正常、空閑以及掉電工作模式，它提供了適合于低功率應用的靈活的電源管理方案。ADμC812 的功能方框如圖 39 所示。用戶通過鍵盤完成儀器進行的功能設置，并通過顯示器反饋儀器當前狀態(tài)和顯示被測工件的測量值。圖 312 LCD 的串行接口讀寫時序圖LCD 顯示電路如圖 313 所示。圖 314 鍵盤輸入電路圖中可實現的最大按鍵數量為 6 個。本設計采用串行傳送方式來簡化硬件電路設計。3. 在時鐘 SCL 為高電平時，數據線 SDA 從高變到低電平時，為數據傳輸起始條件(START)；在時鐘 SCL 為高電平時，數據線 SDA 從低變到高電平時，為數據傳輸停止條件(STOP)。在對該器件操作前，必須進行尋址。由于 I2C 總線是內部集電極或漏極開路形式，在電路中加入 1kΩ 上拉電阻是必須的。接收器對這些電壓之間的壓差作出反應。目前對 LED 光柱的驅動方法較多，各有優(yōu)缺點。 光柱顯示器的原理光柱顯示器的結構原理如圖 319 所示。圖 320 驅動光柱模型管腳定義 37 圖中，該器件的驅動方式為動態(tài)掃描方式，與光柱顯示器的顯示模式一致。 FPGA 存儲電路的設計為實現 FPGA 在斷電并重新啟動后能繼續(xù)之前的工作，本設計采用EP2LC20 作為閃存設計了其存儲模塊。本系統(tǒng)采用方便、實用的串行下載進行編程。每一個定時器/計數器包含 2 個 8 位寄存器 THX 和 TLX(X＝0，1 和 2)。為使其能夠穩(wěn)定工作，本設計采用 MC7805三端穩(wěn)壓芯片來為提供穩(wěn)定的+5V 直流電。由于ADμC812 的調試器是在用戶系統(tǒng)復位時檢測 PSEN 引腳狀態(tài)的，在系統(tǒng)復位時 PSEN 引腳拉低是在線調試和下載功能實現的另一關鍵所在。(3) 模擬輸入與其他 ADC 芯片相比，ADμC812 的 ADC 模塊有一個缺點，就是 ADC正常工作的模擬輸入范圍為 0～V REF；而允許輸入的電壓范圍只能為正電壓(0～+5V) ，一旦輸入負的模擬電壓，則會影響 ADμC812 正常工作，若長時間輸入負電壓，將有可能損壞芯片。由于系統(tǒng)的結構復雜性，設計人員很難在短時間內就對整個系統(tǒng)理解無誤，軟件的設計與調試不可能一次完成，有些問題是在運行中逐步暴露出來，這就要求編制的軟件容易理解和修改。3. 可測試性。 單片機系統(tǒng)軟件的設計單片機系統(tǒng)的軟件部分，是整個系統(tǒng)的核心，軟件設計的好壞直接關系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及功能的實現。通過定時器定時采樣顯示的方法很好的解決了測量數據不能得到及時更新和顯示的問題，提高數據顯示的穩(wěn)定性和實時性。其按鍵中斷響應流程圖如圖 43 所示。 光柱控制模塊光柱控制模塊判斷超限流程圖如圖 46 所示。 外部通訊模塊外部通訊模塊的目的是使電子柱量儀與計算機之間能夠相互通訊。圖 410 數據包接收發(fā)送程序流程圖 51 結論本論文針對目前單色電子柱量儀存在的問題，完成三色電子柱量儀硬件、軟件系統(tǒng)以及上位管理控制系統(tǒng)流程的設計，對系統(tǒng)各個部分。因此 16 位測量數據除了含有測量值信息還需要額外的信息：測量通道號和測量的數據類型。 48 整個顯示框架結構分為三層：第一層為測量數據顯示部分，是測量數據的數字顯示部分，顯示值對應于光柱顯示的顯示值；第二層為設置項索引菜單，用于指示儀器當前的功能設置項目，顯示該儀器的功能設置項目；第三層為設置項設置界面，顯示當前設置項的設置值。 47 鍵盤輸入鍵盤輸入部分共有六個輸入按鍵，其功能通過軟件分別定義為上/跳動、下/保存、左、右、確認/測量、返回。圖 41 整機軟件流程圖程序開始執(zhí)行時，先初始化單片